NO179854B

NO179854B - Kompositt-brenselelement for rökeartikler, samt sigarett som inneholder et slikt element

Info

Publication number: NO179854B
Application number: NO933311A
Authority: NO
Inventors: Jack Franklin Clearman; Robert Leonard Meiring; Jerry Wayne Lawson; Kenneth Orin Baker
Original assignee: Reynolds Tobacco Co R
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1996-09-23
Also published as: FI934073A0; CA2106322A1; NO933311L; HU214239B; FI934073A; JP3419514B2; CN1087497A; US5345955A; FI98699B; JPH06217754A; TW336885B; PH30863A; MX9305565A; NO179854C; NO933311D0; KR940006496A; EP0588247A3; HU9302609D0; RU2102906C1; EP0588247A2

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører forbedringer i karbonholdige brenselelementer hvor (a) brenselelementene tilveiebringes ned et kompositt-bærerelement som hjelper til å holde tilbake brenselelementet inne i sigarettstrukturen under røyking, og (b) brenselelementene brenner ved en lavere gjennomsnittlig temperatur enn tidligere kjente karbonholdige brenselelementer. I én foretrukket utførelse ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter brenselelementet minst to forskjellige materialer som berører hverandre gjennom hele lengden derav, og som omfatter et materiale som brenner, og et annet materiale som fortrinnsvis ikke brenner, eller brenner langsommere enn det brennbare materiale. Det ikke-brennende eller i alt vesentlig ikke-brennende materiale er fordelaktig et varmevekslermateriale, f.eks. grafitt. I foretrukne utførelser vil det ikke-brennende bærer- eller holde-element strekke seg forbi omkretsen av det brennbare materiale slik at det virker sammen med den isolerende kappe som omgir brenselelementet og låser dette på plass, særlig under røyking.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører forbedringer av røyke-artikler, særlig røykeartikler som anvender tobakk. Sigaretter, sigarer og piper er populære røykeartikler som anvender tobakk i forskjellige former. Mange produkter er blitt foreslått som forbedringer av eller alternativer til de forskjellige populære røykeartikler. F.eks. har flere referanser foreslått artikler som danner en smaksholdig damp og/eller en synlig aerosol. De fleste slike artikler har anvendt en brennbar brenselkilde for å tilveiebringe en aerosol og/eller for oppvarming av et aerosol-dannende materiale. Se f.eks. bakgrunnsteknologien sitert i US-patent nr. 4.714.082.

Røykeartikler som har et kort brenselelement og en fysisk adskilt aerosol-genererende anordning, samt materialer, fremgangsmåter og/eller apparater som kan anvendes deri og/eller for fremstilling av dem, er beskrevet i US-patenter nr. 4.708.151; 4.714.082; 4.732.168; 4.756.318; 4.782.644; 4.793.365; 4.802.568; 4.827.950; 4.870.748; 4.881.556; 4.893.637; 4.893.639; 4.903.714; 4.917.128; 4.928.714; 4.938.238; 4.989.619; 5.027.837; 5.038.802; 5.042.509; 5.052.413; 5.060.666; 5.065.776; 5.067.499; 5.076.292; 5.076.297; 5.088.507; 5.099.861; 5.101.839; 5.105.831 og 5.105.837, samt i monografien med tittelen Chemical and Biological Studies of New Cigarette Prototypes That Heat Instead of Burn Tobacco, R.J. Reynolds Tobacco Company, 1988 (heretter "RJR-monografi"). Disse røykeartikler er i stand til å gi røykeren nytelsen ved å røyke (f.eks. røykesmak, -følelse, -tilfredsstillelse o.l.). Slike røykeartikler gir typisk et lavt utbytte av synlig sidestrømrøyk samt et lavt utbytte av FTC-tjære når de røykes.

Røykeartiklene beskrevet i de foran nevnte patenter og/eller publikasjoner anvender vanligvis et brennbart brenselelement for varmeutvikling og en aerosol-genererende anordning, plassert fysisk adskilt fra, og typisk i varmevekslingsforhold med brenselelementet. Mange av disse aerosol-genererende anordninger anvender et substrat eller en bærer for ett eller flere aerosol-dannende materialer, f.eks. flerverdige alkoholer, f.eks. glycerol. De aerosol-dannende materialer blir forflyktiget av varmen fra det brennende brenselelement, og danner en aerosol ved avkjøling. Normalt er brenselelementene i slike røykeartikler omsluttet av en isolerende kappe.

Brenselelementene som anvendes i de ovenfor beskrevne røyke-artikler brenner for å frembringe forbrenningsprodukter såsom karbondioksyd, karbonmonoksyd, vann og spormengder av andre forbindelser. Én kjent fremgangsmåte til å redusere mengden av karbonmonoksyd som frembringes ved brenningen av et brenselelement, er å redusere forbrenningstemperaturen for dette brenselelement. Reduksjon av forbrenningstemperaturen vil redusere de kalorier som genereres, og derved redusere den varme som må bringes til å forsvinne under røykingen. Dette hjelper til å forhindre overoppheting av røykeartikkelen.

Foreliggende oppfinnelse angår forbedringer i karbonholdige brenselelementer hvor slike brenselelementer omfatter en kompositt struktur, hvorav en del omfatter et brennbart eller forbrennbart karbonholdig materiale, og hvorav en del omfatter minst ett bærerelement som enten ikke brenner, eller som brenner langsommere enn den brennbare del (d.v.s. en ikke-brennbar del), som derved holder seg intakt under røykingen og hjelper til å holde tilbake brenselelementet i sigarettstrukturen under røykingen.

I brenselelementer ifølge foreliggende oppfinnelse vil kompositt-brenselelementet omfatte minst to forskjellige koekstruderte materialer, og det karakteristiske ved kompositt-brenselelementet er at materialene berører hverandre gjennom hele lengden av kompositt-brenselelementet, og hvor materialene inkluderer et karbonholdig materiale som brenner, og et materiale som ikke brenner signifikant sammenlignet med det brennende materiale, beliggende i alt vesentlig innen omkretsen av det karbonholdige materiale, men som kan strekke seg forbi omkretsen av det brennbare materiale, og hvor brenselelementet har en lengde på mindre enn 20 mm før brenningen.

Materialet i brenselelementet ifølge oppfinnelsen som ikke brenner fullstendig i løpet av røykeartikkelens levetid blir heretter referert til som "ikke-brennende materiale".

Det annet aspekt av foreliggende oppfinnelse, nemlig en sigarett, er karakterisert ved at den er utstyrt med et brenselelement som beskrevet ovenfor.

Det brennbare karbonholdige materiale som anvendes her kan være en hvilken som helst karbonholdig blanding som er i stand til å vedlikeholde brenningen under ulmingen. Patentene beskrevet ovenfor beskriver flere brennbare karbonholdige blandinger som kan anvendes her. Som diskutert der kan disse blandinger inneholde eventuelle fyllstoffer, ekstendere, additiver (f.eks. tobakk) og bindemidler om-ønsket.

Det ikke-brennende materiale inkludert i brenselelementet har fortrinnsvis gode varmevekslings- og varmelednings-egenskaper, selv om andre ikke-brennende materialer som ikke har slike gode varmevekslings- eller ledningsegenskaper også kan anvendes her. Foretrukne ikke-brennende materialer omfatter således ekstrudert grafitt eller andre ikke-brennende karbonholdige blandinger, metallbånd, folier eller lignende. Eksempler på ikke-brennende materialer med dårlige varmevekslings- og/eller varmelednings-egenskaper omfatter uorganiske forbindelser såsom kalsiumkarbonat, keramiske materialer og lignende. Særlig foretrukne ikke-brennende materialer omfatter ikke-brennende karbontyper såsom ekstrudert grafitt, grafittfolier, og metallbånd, f.eks. rustfritt stål, aluminium og kobber. De for tiden mest foretrukne ikke-brennende materialer er ikke-brennende karbontyper såsom grafitt, som lett kan fremstilles i en integrert struktur med det brennbare karbonholdige materiale.

I de fleste utførelser ifølge foreliggende oppfinnelse vil det brennende og ikke-brennende materiale som omfatter brenselelementene, danne separate langsgående komponenter av brenselelementet. Fortrinnsvis danner den ikke-brennende komponent en seksjon som strekker seg gjennom brenselelementets lengde, d.v.s. fra ende til ende. Fortrinnsvis vil de ikke-brennende komponenter strekke seg noe forbi omkretsen av det brennbare karbonholdige materiale, og derved frembringe et middel til å låse brenselelementet i en eventuell kappe som omgir dette i en sigarett. Typisk er det ikke-brennende materiale plassert sentralt i brenselelementet slik at det deler det brennbare materiale likt i to deler. Om ønsket kan mer enn én seksjon av ikke-brennende materiale anvendes i brenselelementet, f.eks. ved å tilveiebringe to eller flere seksjoner av ikke-brennende materiale. Etter hvert som den karbonholdige komponent av brenselelementet brenner vil den ikke-brennende del ikke brenne, og derved opprettholde sin struktur.

Brenselelementene ifølge foreliggende oppfinnelse gir to hovedfordeler: retensjon av det brennende brenselelement inne i sigaretten under hele røykingen, og redusert produksjon av karbonmonoksyd. Ifølge foreliggende oppfinnelse holder strukturen av den ikke-brennende del av brenselelementet seg i kontakt med isolasjonsmaterialet under røykingen. Som resultat holdes den brennende karbonholdige komponent tilbake i isolasjonsmaterialet gjennom hele brenneperioden.

Reduksjonen av karbonmonoksyd kan oppnås på minst to måter. Fortrinnsvis leder den ikke-brennende del noe varme ut av den brennende del av brenselelementene ifølge foreliggende oppfinnelse, slik at de har tendens til å brenne ved en lavere gjennomsnittstemperatur enn tidligere kjente karbonholdige brenselelementer. Den reduserte temperatur i de brennende brenselelementer gir en reduksjon av karbonmonoksyd-utviklingen. Selv om brenselelementene ifølge foreliggende oppfinnelse brenner ved en lavere temperatur enn tidligere kjente brenselelementer, vil de ikke gå ut under ulmingen, og de gir fremdeles tilstrekkelig varme-energi til å danne aerosol i løpet av de 10-15 drag som er sigarettenes levetid som de blir anvendt i.

Mangelen på nødvendigheten av å beholde en ubrent plugg av brennbart brensel for å beholde brenselelementet i sigaretten betyr dessuten at brenselelementene nå kan utformes slik at bare den mengde av brennbart materiale som er nødvendig for å gi det ønskede antall drag av aerosol behøver å være innbefattet deri. Brenselsammensetningen kan således formuleres til å gi bare den mengde energi som er nødvendig for å drive sigaretten. Intet overskudd av brennbart materiale er nødvendig for å beholde brenselelementet inne i røykeartiklen. Størrelsen og massen av brenselelementet kan således reduseres, og jo mindre mengden av karbonholdig materiale som brennes, desto mindre karbonmonoksyd blir dannet.

Brenselelementet kan formes ved ko-ekstrudering av et ikke-brennende materiale og et brennende materiale. Den brennbare karbonholdige komponent kan ekstruderes ovenpå overflaten av det ikke-brennende materiale, fortrinnsvis på begge sider derav, eller det ikke-brennende materiale kan ekstruderes på minst én side, fortrinnsvis begge sider, av det brennbare karbonholdige materiale.

Alternativt -kan den ikke-brennende komponent være i form av en strimmel eller et bånd som ledes gjennom en ekstruder, og det karbonholdige materiale ekstruderes ovenpå det ikke-brennende materiale. Dersom det anvendes et bånd kan åpninger tilveiebringes gjennom båndet slik at det brennbare karbonholdige materiale, etter hvert som det blir ekstrudert, kan flyte gjennom åpningene og danne en integrerende forbindelse mellom de karbonholdige seksjoner på motsatte sider av båndet. Dersom båndet er et eksepsjonelt godt ledende materiale, såsom en grafitt- eller metallfolie, vil åpningene hjelpe til å redusere varmeveksler-arealet mellom det karbonholdige materiale og det ikke-brennende materiale, slik at varmeoverføringen til det ikke-brennende materiale er utilstrekkelig til å forårsake utslukning av den brennbare del av brenselelementet, særlig under ulmeperioder.

Ved å anvende en ikke-brennende komponent i kontakt med isolasjonsmaterialet blir brenselelementet holdt på plass i sigarettstrukturen uten den ubrente del av brensel som tidligere ble holdt tilbake av isolasjonsmaterialet. Dette tillater reduksjon av brenselelementets størrelse, slik at bare den hensikts-messige mengde av brennbart karbonholdig materiale behøver å anvendes til å danne den ønskede aerosolmengde. Reduksjon i den mengde karbon som brennes vil også redusere den varmemengde som dannes av brenselelementet, hvilket også reduserer den mengde karbonmonoksyd som produseres under brenningen.

Den ikke-brennende komponent av brenselelementet kan inkorporeres i det brennbare brenselelement på en hvilket som helst måte som er tilgjengelig for fagmannen. Én foretrukket innføringsmåte er den langsgående ko-ekstrudering av en ikke-brennende eller i

alt vesentlig ikke-brennende karbonholdig masse, f.eks. karbon eller grafitt, sammen med den brennbare karbonholdige brenselblanding. Langsgående ko-ekstrudering tillater dannelse av intrikate brenselelement-utforminger, som alle har ønskelige

antennelses- og/eller brenne-egenskaper. I særlig foretrukne utførelser vil minst en del av det ko-ekstruderte ikke-brennbare materiale strekke seg forbi omkretsen av brenselelementet, og derved tillate det eksponerte materiale å låse seg inn i en eventuell isoleringskappe eller annen omvikling som anvendes omkring omkretsen av brenselelementet.

En annen foretrukket måte for inkorporering av et ikke-brennende varmeutvekslingsmateriale i det ekstruderte brenselelement er den såkalte "bånd-trekkemetode". I denne metode vil ekstrudatet, etter hvert som brenselblandingen blir ekstrudert, trekke et bånd av ikke-brennende materiale sammen med denne. Ekstrudatet blir festet til det ikke-brennende bånd ved å binde seg dertil under tørkeprosessen. I særlig foretrukne utførelser vil minst en del av båndet strekke seg forbi omkretsen av brenselelementet, og derved tillate de eksponerte bånddeler å låse seg inn i en eventuell isoleringskappe eller annen omvikling som anvendes omkring brenselelementets omkrets.

Som anvendt her skal betegnelsen "karbonholdig" bety: som omfatter hovedsakelig karbon.

Alle prosentsatser som er gitt her er etter vekt, og alle vektprosenter som er gitt er basert på de endelige blandings-vekter, dersom intet annet er angitt. Fig. 1 illustrerer i tverrsnitt én utførelse av en sigarett omfattende et brenselelement ifølge foreliggende oppfinnelse.

Fig. IA er et enderiss av sigaretten vist i fig. 1.

Fig. 2-4 illustrerer enderisset av tré foretrukne brensel-elementutforminger fremstilt ifølge denne oppfinnelse, som viser noen av de mønstre som er tilgjengelige under beskrivelsene ifølge denne oppfinnelse. Fig. 5-7 illustrerer noen av de forskjellige fysiske utforminger som kan anvendes her for det bånd-lignende ikke-brennbare retensjonselement i brenselelementet. Fig. 8 illustrerer én foretrukket fremgangsmåte for fremstilling av brenselelementer ifølge foreliggende oppfinnelse, "bånd-trekkemetoden". Fig. 9 illustrerer en annen foretrukket fremgangsmåte for fremstilling av brenselelementer ifølge foreliggende oppfinnelse, særlig den langsgående ko-ekstruderingsprosess. Fig. 9A er en skjematisk tverrsnittstegning som viser et snitt gjennom anordningen i fig. 9 langs linjen 9A, 9A'. Fig. 10 illustrerer et tverrsnitt av en annen foretrukket struktur for et brenselelement ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 11 illustrerer, delvis i snitt, strukturen av et ekstruderingsmunnstykke for anvendelse i en ko-ekstruderings-fremgangsmåte for fremstilling av brenselelementet illustrert i fig. 10.

Som beskrevet ovenfor angår foreliggende oppfinnelse særlig forbedringer i karbonholdige brenselelementer som kan anvendes i røykeartikler. Fig. 1 og IA illustrerer en foretrukket utførelse av en sigarett som anvender et brenselelement ifølge foreliggende oppfinnelse.

Som illustrert i fig. 1 og mer spesielt i fig. IA omfatter

brenselelementet 10 to klart adskilte deler, det brennbare karbonholdige materiale 9 som har flere perifere spor 11 som løper langs dets lengdeakse, og det ikke-brennende varmevekslermateriale 7 som løper i lengderetningen fra ende til ende og strekker seg noe

forbi omkretsen av de brennbare segmenter 9 av brenselelementet 10. Som illustrert kan den ikke-brennbare komponent av brenselelementet 7 også omfatte ett eller flere perifere spor 8 om ønsket.

En isolasjonskappe omgir omkretsen av brenselelementet, og i den illustrerte utførelse omfatter den alternerende sjikt av glassfibre og tobakkspapir, arrangert som konsentriske ringer som strekker seg utover fra brenselelementet i følgende rekkefølge: (a) glassfibermatte 12; (b) tobakkspapir 15; og (c) glassfibermatte 17; og en ytre papiromvikling 13. Som illustrert skal det ikke-brennbare varmevekslermateriale 7 strekke seg inn i isolasjonskappen, og derved gi en permanent mulighet for å holde tilbake brenselelementet deri. Den ytre papiromvikling 13 kan omfatte ett sjikt eller kan fremstilles fra flere separate sjikt som alle har forskjellige porøsitet- og aske-stabilitetsegen-skaper.

Plassert bak og med en liten avstand fra det isolerte brenselelement 10 er en aerosol-genererende anordning som omfatter substratet 14. I denne utførelse er substratet fortrinnsvis et varmestabilisert papir, behandlet med ett eller flere hydratiserte salter, og som dessuten inneholder ett eller flere aerosol-dannende materialer og/eller smaksmidler. Substratet 14 er omviklet med en papiromvikling 24 som fordelaktig er behandlet (f.eks. belagt) for å hindre migrering av de aerosol-dannende materialer.

Plassert i lengderetningen bak, og fortrinnsvis med en liten avstand fra substratet 14, er et segment av tobakkspapir 28. Dette tobakkspapir skal generelt gi tobakksmaksstoffer til den aerosol som utvikles av den aerosol-genererende anordning. Tobakksegmentet 28 kan utelates om ønsket og erstattes med et tomrom. Papiromviklingen 25 kombinerer den aerosol-genererende anordning med tobakkspapirsegmentet. Denne omvikling kan også behandles for å forhindre migrering av de aerosol-dannende materialer.

Omsluttende det isolerte brenselelement, i et punkt ca. 2 til 8 mm fra sigarettens antennelsesende, og som forbinder det med det kombinerte substrat/tobakkspapir-segment under dannelse av en frontendesammenstilling er en ikke-brennende eller folie-basert (f.eks. aluminium eller annet metall) papiromvikling 29. Omviklingen 29 er fortrinnsvis et ikke-sugende materiale som forhindrer overføring av de aerosol-dannende materialer i substratet 14 til brenselelementet 10, den isolerende kappe, og/eller fra farving av de andre komponenter i frontendesammenstillingen. Denne omvikling minimaliserer også eller forhindrer perifer luft (d.v.s. radial luft) fra å strømme til den del av brenselelementet som er plassert i lengderetningen bak dets fremre kant for derved å forårsake oksygenmangel og forhindring av for sterk forbrenning.

Plassert i sigarettens munnende er et munnstykke i to deler omfattende (i) en stav eller rull av tobakk 20, såsom oppkappet tobakkfyllstoff 2 og (ii) et filterelement 22 med lav virknings-grad. Et tipp-papir 31 anvendes til å binde sammen munnstykket med frontendesammenstillingen.

I en annen foretrukket utførelse blir det med kappe forsynte brenselelement forkortet slik at bare den nødvendige mengde av brennbart karbonholdig materiale tilveiebringes for generering av et forutbestemt antall drag. I en slik utførelse vil den ytre omvikling 29 strekke seg til den fremre ende av det med kappe forsynte brenselelement. Omviklingen 29 er således utformet med en passende porøsitet for å tillate det karbonholdige brensel å oppnå den luft som er nødvendig for å brenne alt det karbonholdige materiale og allikevel ha tilstrekkelig kohesivitet etter brenningen til fremdeles å være intakt og holde det med kappe forsynte brenselelement på sigaretten. Slike papirtyper er beskrevet i US-patent 4.938.238. Fig. 2-4 illustrerer forskjellige brenselelement-frontende-konfigurasjoner, hvor det ikke-brennende holdemateriale er repre-sentert ved referanse nr. 7. Eventuelle perifere slisser i det ikke-brennende materiale er betegnet med referanse nr. 8. Som i fig. IA er de brennbare deler av brenselelementet identifisert som referanse nr. 9, og de eventuelle perifere slisser eller passasje-veier vist deri er betegnet med referanse nr. 11. Fig. 5-7 illustrerer noen av de forskjellige fysiske former som kan anvendes her for det bånd-lignende ikke-brennende holde-element i brenselelementet. I fig. 5 har det ikke-brennende båndmateriale en bølgende (eller ondulerende) konfigurasjon. I fig. 6 er båndet utstyrt med en sagtannet konfigurasjon. I fig. 7 er illustrert et flatt, rett bånd. I hver av fig. 5-7 er vist eventuelle hull 5. Disse hull tilveiebringes for å tillate den brennbare karbonholdige brenselblanding å passere gjennom under ekstruderingsprosessen hvor elementet blir dannet, for derved å låse fast det ikke-brennende båndmateriale i den brennbare del av brenselelementet.

Brenselelementene anvendt her skal oppfylle tre kriterier: (1) de skal være lette å antenne, (2) de skal levere tilstrekkelig varme til å frembringe aerosol for ca. 5-15, fortrinnsvis fra 8 til 12 drag; og (3) de bør ikke bidra med dårlig smak eller ubehagelig aroma til sigaretten. Den brennbare del av brenselelementene ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter typisk karbon og et bindemiddel, eller karbon, tobakk og et bindemiddel, men andre brennbare karbonholdige blandinger kan anvendes.

De foretrukne brenselelementer ifølge foreliggende oppfinnelse er utformet til å gi bare den varme som er nødvendig for å generere en ønsket mengde aerosol. Fortrinnsvis dannes det intet brenselavfall eller varmetap under brenningen av brenslet. I tillegg er det intet overskudd av brensel som kunne anvendes til overoppvarming av substratet eller andre komponenter i sigaretten. Brenselelementene ifølge foreliggende oppfinnelse er således en ideell energikilde for sigarettene som de anvendes i. I sigarettene ifølge foreliggende oppfinnelse er brenselelementet utformet til å generere de kalorier som er nødvendig for aerosol-generering, med minimalt varmetap til andre komponenter eller til atmosfæren.

Innføringen av en ikke-brennende holdeanordning i brenselelementet gir et middel til å redusere den karbonmengde som det er nødvendig å brenne. Dette er særlig fordelaktig ved at bare den mengde brennbart brensel som er nødvendig for å danne aerosol for det ønskede antall drag behøver å anvendes. En annen fordel ved å anvende bare den mengde brennbart karbon som er nødvendig for å danne den ønskede mengde aerosol, er at ettersom mengden av brent karbon blir redusert, vil man også redusere det karbonmonoksyd som dannes under forbrenningen.

Følgende tabell illustrerer den fordelaktige reduksjon i karbonmonoksydinnholdet, som bestemt for brenselelementer ifølge foreliggende oppfinnelse sammenlignet med en tidligere anvendt brenselelementutforming.

I tabellen er "referansebrenslet" i alt vesentlig det brenselelement som er beskrevet her i referanse-eks. 1.

"Fig. 2-brenslet" er beskrevet her i eks. 2. "Fig. 3-brenslet"

er beskrevet her i eks. 3. "Fig. 10-brenslet" er beskrevet her

i eks. 4. De data som reflekteres i tabellen ble alle oppnådd under maskinrøykebetingelser med 50 cm 3 dragvolum av 2 sek. varighet, adskilt med 2 8 sek. ulmetid (i det følgende 50/3 0 røykebetingelser), for tilsammen 2 0 drag.

Tettheten av den brennbare karbonholdige del av de foretrukne brenselelementer er vanligvis høyere enn ca. 0,5 g/cm 3, fortnnns-vis høyere enn ca. 0,7 g/cm <3> og mest foretrukket ca. 1 g/cm <3>, men vil typisk ikke overskride 2 g/cm 3.

Når det anvendes en ko-ekstrudert del som den ikke-brennbare varmevekslerdel av brenselelementet, vil den viktigste faktor typisk være tykkelsen av det anvendte materiale, samt dets evne til å lede varme. Ko-ekstruderte ikke-brennende segmenter med en tykkelse på fra ca. 0,5 mm til ca. 1 mm har vist seg svært effek-tive som varmevekslere her.

Brenselelementets samlede lengde, før brenningen, er vanligvis mindre enn ca. 20 mm, ofte mindre enn ca. 15 mm, og er typisk mindre enn 12 mm. Den samlede utvendige diameter av brenselelementet er typisk mindre enn ca. 8 mm, fordelaktig mindre enn ca. 6 mm og er typisk ca. 4,5 mm.

Som beskrevet ovenfor blir minst to fremgangsmåter for tiden foretrukket for dannelse av brenselelementer som inneholder et ikke-brennbart varmevekslermateriale - "båndtrekkemetoden" og ko-ekstrudering. I den første metode, båndtrekkingen, blir et bånd-lignende metall eller metall-lignende materiale matet til en ekstruder, og blir belagt der med en ekstrudert karbonholdig brenselblanding. Den resulterende kontinuerlige stav med et bånd i senteret blir deretter tørket og kappet i ønskede lengder. "Bånd-trekkemetoden" er illustrert i fig. 8.

Metallet eller det metall-lignende bånd kan lages av et hvilket som helst beleilig materiale, f.eks. en tynn metallfolie, f.eks. rustfritt stål, aluminium, kobber og lignende. Egnede metall-lignende båndmaterialer er materialer som har høy varme-ledningsevne, såsom Grafoil, tilgjengelig fra Union Carbide Corp. Foliematerialet kan ha en hvilken som helst ønsket form eller konfigurasjon. Se fig. 5-7. Typisk vil folien ha en tykkelse på fra ca. 0,05 til ca. 0,5, fortrinnsvis fra 0,13 til 0,38, og mest foretrukket 0,25 mm. Bredden av folien er typisk fra ca. 3,8 til ca. 5,6, fortrinnsvis fra 4,1 til 5,1, og mest foretrukket 4,6 mm. Om ønsket tilveiebringes hull ca. 1,0 til ca. 2,5, fortrinnsvis 1,5 til 2,3, mest foretrukket 1,8 mm i diameter i folien. Disse hull tilveiebringes typisk for hver 6,3 mm, fortrinnsvis hver 4,8 mm, mest foretrukket hver 3,2 mm, slik at det karbonholdige ekstrudat kan låse båndet på plass.

Som illustrert i fig. 8 blir et ikke-brennbart båndmateriale 1 matet inn i den bakre ende av materøret 2 og gjennom det bakre ekstruderingsmunnstykke 3. Her blir båndet (f.eks. grafittfolie) trukket gjennom den brennbare karbonholdige brenselblanding som mates inn i munnstykkesammenstillingen gjennom en sideåpning i munnstykkeholdeenheten. Det karbonholdige materiale mates gjennom matehullene 4 i det bakre munnstykke 3. Det karbonholdige materiale dannes til brenselelementstaver med det ønskede slisse-eller hullmønster bestemt av frontmunnstykket 5. Linjehastigheten kontrolleres av hastighetskontrollen på ekstruderingspressen. Ekstruderingen av de karbonholdige brenselelementstaver forårsaker at båndet blir trukket gjennom slissen i det bakre munnstykke 3, og derved inneslutter båndet 1 i ekstrudatet.

I den andre foretrukne fremgangsmåte, ko-ekstruderingsm-etoden, fremstilles to ekstruderbare blandinger, én omfattende den brennbare karbonholdige brenselblanding, den annen omfattende en ikke-brennende blanding, f.eks. grafitt. Bindemidler som typisk avendes ved dannelse av ekstruderte brenselblandinger kan anvendes i begge ekstruderingsblandinger. Ett foretrukket bindemiddel for anvendelse i denne fremgangsmåte er karboksymetylcellulose (CMC).

De brennbare brenselblandinger som anvendes her, kan være en hvilken som helst av de karbonholdige brenselblandinger som er beskrevet i patentene gjengitt til å begynne med ovenfor. Foretrukne karbonholdige brenselblandinger er beskrevet i US-patent 5.178.167, hvilken beskrivelse inkorporeres her ved referanse.

De omfatter generelt et brennbart karbonholdig brensel, et bindemiddel, tilstrekkelig vann til å gi konsistensen av en bearbeidbar pasta (generelt 32-40 vekt%), og forskjellige andre materialer med beviste ønskede egenskaper.

Den ikke-brennende blanding som kan anvendes her omfatter generelt fra ca. 5 til 90 vekt% av en grafitt med tetthet på ca. 1,3 til 1,9 g/cm 3. Andre ikke-brennende bestanddeler kan ogsa anvendes, f.eks. ikke-brennende fyllstoffer såsom CaCO^, leire, f.eks. bentonitt og lignende. Når det anvendes fyllstoffer eller ekstendere sammen med grafitt, kan de bidra med opp til ca. 80 vekt% av blandingen, fortrinnsvis fra 10 til 60%, og mest foretrukket 4 0% av den ikke-brennende blanding. Et bindemiddel anvendes typisk til å holde den ikke-brennende blanding sammen. Foretrukne bindemidler omfatter CMC, SCMC, natriumalginat o.s.v. Blandingene ekstruderes fra blandinger som inneholder tilstrekkelig vann til å gi konsistensen av en bearbeidbar pasta, generelt ca. 32-40 vekt% vann.

I ko-ekstruderingsfremgangsmåten vil minst to ekstrudere mate et felles munnstykke, slik at ekstrudatene danner den ønskede plassering av den ikke-brennende blanding inne i den brennende brenselstav. Formene og størrelsene av de to (eller flere) komponenter kan varieres etter ønske. Den resulterende kontinuerlige stav med en ikke-brennende del plassert deri blir deretter tørket og kappet i lengder etter ønske. Et ko-ekstruderingsmunnstykke er illustrert i fig. 9.

Som illustrert i fig. 9 og 9A vil én ko-ekstruderingsfrem-gangsmåte omfatte matingen av det ikke-brennende materiale 110 til materøret 102. Materøret 102 mater det ikke-brennende materiale inn i det bakre munnstykke 103 og materialet dannes til en strimmel. Den brennbare karbonholdige blanding 106 mates inn i munnstykke-sammenstillingen gjennom en sideåpning i munnstykkeholdeenheten og mates gjennom matehullene 104 i det bakre munnstykke 103. Det karbonholdige materiale 106 og det ikke-brennende materiale 100 blir dannet til brenselstaver med det ønskede slisse- eller hullmønster bestemt av frontmunnstykket 105.

Brenselelementet 12 0 vist i tverrsnitt i fig. 10 har to ikke-brennende seksjoner, 121 og 122 som blir ekstrudert i tilsvarende slisser 123 og 124 dannet under ekstrudering av det brennbare karbonbrensel-legeme. Brenslet har et stort antall spor 125 som hjelper til å tenne brenslet og til brenslets varmeoverførings-egenskaper. Når brenselelementet brenner vil de ikke-brennende deler bli igjen. I en sigarett er den siste del, f.eks. 6 mm, av brenslet omsluttet av et sjikt som har liten eller ingen luft-permeabilitet, og som kunne lede svært vesentlige mengder varme bort fra brenslet. Slike strukturer forårsaker at segmentet av brennbart karbon plassert mellom de ikke-brennbare deler 121 og 122 vil slukkes, slik at en plugg av ubrent, men brennbart karbonholdig brensel blir igjen mellom de ikke-brennbare deler 121 og 122 over de siste få millimeter av brenselelementet. I en slik utførelse kan man kontrollere den mengde brennbart brensel som blir igjen etter at sigaretten er slukket.

En foretrukket anordning for fremstilling av strukturen i fig. 10 er vist i fig. 11. Ekstruderingsmunnstykket 130 har et første formesegment 131, som tilsvarer formen av det brennbare karbonholdige brensel, innbefattet fremspringene 132 og 133 som danner slissene 123 og 124 i brenselelementet (fig. 10), og fremspringene (ikke vist) som danner sporene 125 i det ferdige brenselelement. Det første formesegment avsluttes i punkt 124, på hvilket punkt kanalene 135 og 136 blir fremskaffet for å danne de ikke-brennende deler i slissene 121 og 122, hvor de kommer i kontakt med det brennbare karbonholdige brensel-legeme. Det ikke-brennende materiale leveres til kanalene 135 og 136 via passasjeveiene henholdsvis 137 og 138, som fortrinnsvis blir holdt ved konstant trykk, slik at forsyningen av ikke-brennbart materiale til slissene 135 og 136 holder seg relativt konstant. Det ikke-brennende materiale holder seg i det ferdige produkt, og stikker ut fra den øvre og nedre omkrets av det brennbare brensel-legeme, som vist i fig. 10. De fremspringende ikke-brennende deler skaffer fast kontakt med det omsluttende isolasjonsmateriale og hjelper således til å holde igjen brenselelementet i røykeartiklen under røykingen.

Når det anvendes i en sigarett er brenselelementet fordelaktig omsluttet av et isolerende og/eller tilbakeholdende kappemateriale. Det isolerende og tilbakeholdende materiale blir fortrinnsvis (i) tilpasset slik at inntrukket luft kan passere gjennom, og (ii) plassert og utformet slik at det kan holde brenselelementet på plass. Fortrinnsvis vil kappen flukte med brenselelementets ender, den kan imidlertid strekke seg fra ca. 0,5 mm til ca. 3 mm forbi hver ende av brenselelementet.

Komponentene i det isolerende og/eller tilbakeholdende materiale som omgir brenselelementet kan variere. Eksempler på egnede materialer omfatter glassfibre og andre materialer som beskrevet i US-patent 5.105.838; EP-søknad nr. 336.690; og sidene 48-52 i RJR-monografien ovenfor. Eksempler på andre egnede isolasjons- og/eller tilbakeholdende materialer er glassfibre og tobakksblandinger, f.eks. slike som er beskrevet i US-patentene 5.119.837, 5.105.838, 5.065.776 og 4.756.318.

Andre egnede isolasjons- og/eller tilbakeholdende materialer er materialer av typen samlet papir som er spiral-omviklet eller på annen måte viklet omkring brenselelementet, slik som beskrevet 1 US-patent nr. 5.105.836. Materialene av papirtypen kan være samlet eller krympet og samlet omkring brenselelementet; samlet til en stav ved anvendelse av en stavmakerenhet tilgjengelig som CU-10 eller CU20S fra DeCoufle s.a.r.b., sammen med et KDF-2-stav-makerapparat fra Hauni-Werke Korber et Co., KG, eller apparatet beskrevet i US-patent nr. 4.807.809; viklet omkring brenselelementet omkring dets lengdeakse; eller fremskaffet som tråder av ark av papirtypen som strekker seg i lengderetningen, ved anvendelse av de apparat-typer som er beskrevet i US-patentene 4.889.143 og 5.025.814, hvilke beskrivelser er inkorporert her ved referanse.

Eksempler på arkmaterialer av papirtypen er tilgjengelige som P-2540-136E karbonpapir og P-2674-157 tobakkspapir fra Kimberly-Clark Corp.; og fortrinnsvis vil trådene av slike materialer som strekker seg i lengderetningen (f.eks. tråder med bredde på ca. 0,8 mm) strekke seg langs brenselelementets lengde. Brenselelementet kan også være omsluttet av oppkappet tobakksfyllstoff (f.eks. røyk-modnet oppkappet tobakksfyllstoff behandlet med ca. 2 vekt% kaliumkarbonat). Antallet og plasseringen av trådene eller mønstre av det samlede papir er tilstrekkelig tett til å beholde, holde på plass eller på annen måte holde kompositt-brenselelementstrukturen inne i sigaretten.

Som illustrert i fig. 1 og IA er den isolerende kappe som omgir brenselelementet omsluttet av en papiromvikling. Egnede papirtyper for anvendelse her er beskrevet i US-patentene 4.938.238 og 5.105.837.

Som beskrevet ovenfor inneholder substratet aerosol-dannende materialer og andre bestanddeler, f.eks. smaksmidler og lignende, som ved eksponering for oppvarmede gasser som passerer gjennom den aerosol-genererende anordning under sugingen, blir fordampet og avgitt til brukeren som en røyk-lignende aerosol. Foretrukne aerosol-dannende materialer som anvendes her, omfatter glycerol, propylenglykol, vann og lignende, smaksmidler og andre eventuelle bestanddeler. Patentene referert til i begynnelsen av denne beskrivelse (ovenfor) beskriver ytterligere anvendbare aerosol-dannende materialer som det ikke er nødvendig å gjenta her.

Substratstavene dannes fordelaktig ved anvendelse av kommersielt tilgjengelig utstyr, særlig utstyr for fremstilling av sigarettfilter, eller utstyr for dannelse av sigarettstav. To foretrukne, kommersielt tilgjengelige apparater som kan anvendes til å forme substratene ifølge foreliggende oppfinnelse er DeCoufle-filterfremstillingsutstyret (CU-10 eller CU20S) tilgjengelig fra DeCoufle s.a.r.b. og et modifisert stavformeapparat, KDF-2, tilgjengelig fra Hauni-Werke Korber & Co., KG.

I de fleste utførelser ifølge foreliggende oppfinnelse blir kombinasjonen av brenselelementet og substratet (også kjent som frontendesammenstillingen) forbundet med et munnendestykke, selv om det kan anvendes en éngangs-brenselelement/substrat-kombinasjon med et separat munnendestykke, såsom en gjenbrukbar sigarett-holder. Munnendestykket tilveiebringer en passasjevei som kanali-serer fordampede aerosol-dannende materialer inn i røykerens munn; og kan også gi ytterligere smak til de fordampede aerosol-dannende materialer. Typisk vil lengden av munnendestykket ligge i området fra 40 mm til ca. 85 mm.

Smakssegmenter (d.v.s. segmenter av samlet tobakkspapir, oppkappet tobakksfyllstoff eller lignende) kan inkorporeres i munnendestykket- eller substratsegmentet, d.v.s. enten direkte bak substratet eller med en avstand derfra, for å bidra med smak til aerosolen. Samlet karbonpapir kan inkorporeres, særlig for inn-føring av mentolsmak til aerosolen. Slike papirtyper er beskrevet i EP-søknad nr. 432.538. Andre smakssegmenter som kan anvendes her er beskrevet i US-patentene 5.076.295 og 5.105.834 og EP-søknad nr. 434.339.

Foreliggende oppfinnelse skal ytterligere illustreres med referanse til de følgende eksempler som hjelper til å forstå oppfinnelsen. Alle prosentsatser rapportert her er prosent etter vekt dersom intet annet er angitt. Alle temperaturer er uttrykt i grader Celsius.

Eksempel 1

Referanse- brenselelement

Et referanse-brenselelement, d.v.s. et ikke-kompositt-brenselelement, fremstilles som følger: Et brenselelement 12 mm langt og 4,5 mm i diameter, og med en tilsynelatende (bulk-)tetthet pa ca. 1,02 g/cm 3 fremstilles fra ca. 82,85 deler hardvedmassekarbon med en gjennomsnittlig partik-kelstørrelse på 12 ^m i diameter, 10 deler ammoniumalginat (Amoloid HV, Kelco Co.), 0,9 deler Na2C03, 0,75 deler levulinsyre, 5 deler amerikansk blandet tobakk malt i kulemølle og 0,5 deler tobakksekstrakt, levert som beskrevet i US-patent nr. 5.159.942.

Hardvedmassekarbonet fremstilles ved karbonisering av en ikke-talkholdig kvalitet av Grande Prairie Canadian kraft hardved-papir i inert atmosfære ved å øke temperaturen trinnvis tilstrekkelig til å minimalisere oksydasjonen av papiret, til en endelig karboniseringstemperatur på minst 750°C. Det resulterende karbon-materiale avkjøles i inert atmosfære til under 3 5°C, og males deretter til fint pulver med gjennomsnittlig partikkelstørrelse (bestemt ved anvendelse av en Microtrac Analyzer, Leeds & Northrup) på ca. 12 ^m i diameter.

Det fint pulveriserte hardvedkarbonet tørrblandes med ammoniumalginat-bindemidlet, levulinsyren og tobakkene, og deretter tilsettes en 3 vekt% vandig løsning av Na2C03 for å gi en ekstruderbar blanding med et sluttinnhold av natriumkarbonat på ca. 0,9 deler.

Brenselstaver (ca. 61 cm lange) ekstruderes ved anvendelse av en skrueekstruder fra blandingen med en generelt sylindrisk form ca. 4,5 mm i diameter, med seks likt fordelte perifere spor (ca. 0,5 mm brede og ca. 1 mm dype) med avrundede bunner og som løper fra ende til ende. De ekstruderte staver har et opprinnelig fuktighetsinnhold i området ca. 32-34 vekt%. De tørkes ved omgivende temperatur i ca. 16 timer, og det endelige fuktighetsinnhold er ca. 7-8 vekt%. De tørkede sylindriske staver kappes til en lengde på 12 mm ved anvendelse av stål-kappehjul med diamantspiss.

Eksempel 2

Ko- ekstruderinqsmetode

Det fremstilles en ekstruderbar ikke-brennende blanding omfattende en 1:1 (etter vekt) blanding av CaC03 og grafitt med tetthet på 1,3 sammen med 8 deler CMC-bindemiddel og tilsatt tilstrekkelig vann til å gi en bearbeidbar pasta, i dette tilfelle ca. 3 5 vekt%.

Det fremstilles en ekstruderbar brennbar karbonholdig brenselblanding omfattende 10 vekt% CMC-bindemiddel, 90 vekt% karbon med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse (Mitrotrac) på 12 /im og ca. 38% vann.

Den ikke-brennende blanding mates inn i et materør som mater det ikke-brennende materiale inn i et bakmunnstykke slik at blandingen formes til en stripe. Den brennbare karbonholdige brenselblanding mates inn i munnstykkesammenstillingen gjennom en sideåpning i munnstykkeholdeenheten og mates gjennom matehull i bakmunnstykket. Det brennbare karbonholdige materiale og det ikke-brennende materiale blir derved integrert i den ønskede konfigurasjon, og kommer ut av munnstykket i frontenden som brenselstaver med den ønskede diameter og slisse- eller hull-mønster diktert av frontmunnstykket. De resulterende staver med en diameter på 4,5 mm blir lufttørket og kappet i brenselelementlengder (12 mm). De har den tverrsnittkonfigurasjon som er gjengitt i fig. 2. Det ikke-brennende grafittsegment har en tykkelse på 0,56 mm, og de avbildede spor har en bredde på 9,46 mm og ender i en radius på 0,2 3 mm. Sporene har en dybde på ca. 1,0 mm i sitt dypeste punkt. Diameteren av det ikke-brennende grafittsegment var ca. 4,9 mm.

Eksempel 3

Bånd- trekkemetoden

Det lages en ekstruderbar brennbar karbonholdig brenselblanding med 10 vekt% CMC-bindemiddel, 90 vekt% karbon med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse (Microtrac) på 12 /im, og vann opp til 38% basert på faste stoffer.

Et grafittfoliebånd 0,254 mm tykt x 5,08 mm bredt, med hull med diameter på 2,032 mm utstanset for hver 3,175 mm, blir matet inn bakfra i et ekstruderingsmaterør og gjennom bakdelen av et ekstruderingsmunnstykke. Båndet blir deretter trukket gjennom den brennbare karbonholdige brenselblanding som mates inn i munnstykkesammenstillingen gjennom en sideåpning i munnstykkeholdeenheten. Det karbonholdige materiale mates samtidig gjennom matehull i det bakre munnstykke. Det karbonholdige materiale som omgir foliebåndet blir formet til kontinuerlige brenselelementstaver med den ønskede diameter og slisse- eller hullmønster, som bestemt ved størrelsen og formen av frontmunnstykket. Linjehastigheten kontrolleres ved hastighetskontrollen på ekstruderingspressen. Ekstruderingen av den karbonholdige brenselelement-stav fører til at båndet blir trukket frem gjennom slissen i det bakre munnstykke slik at båndet blir innesluttet i ekstrudatet.

Kompositt-brenselstaven med diameter på 4,5 mm og som inneholder båndet, blir lufttørket og kappet i passende brenselelementlengder (12 mm).

Eksempel 4

Ko- ekstruderingsmetode

Det fremstilles en ekstruderbar ikke-brennende blanding omfattende en 1:1 (etter vekt) blanding av CaC03 og grafitt med en tetthet på 1,3 sammen med 8 deler CMC-bindemiddel og tilsatt tilstrekkelig vann til å gi en bearbeidbar pasta, i dette tilfelle ca. 3 3 vekt%.

Det fremstilles en ekstruderbar brennbar karbonholdig brenselblanding omfattende 10 vekt% CMC-bindemiddel, 90 vekt% karbon med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse (Microtrac) på

12 /Lim og ca. 37% vann.

Den brennbare karbonholdige brenselblanding mates inn i munnstykkesammenstillingen gjengitt i fig. 11 gjennom en åpning i munnstykkets ende. Den ikke-brennende blanding mates inn i et materør som mater det ikke-brennende materiale inn i rørene 137 og 138. Det ikke-brennende materiale dannes til to ikke-brennende deler eller segmenter 121 og 122 ved formen på passasjeveiene 135 og 13 6. Det ikke-brennende materiale bringes i kontakt med det brennbare karbonholdige brensel langs bunnen og sidene av slissene 123 og 124. Det brennbare karbonholdige materiale og det ikke-brennende materiale blir derved integrert sammen i den ønskede konfigurasjon, og kommer ut av munnstykkets frontende som brenselstaver med den ønskede diameter og slisse- eller hullmønster diktert av frontmunnstykket. De resulterende staver med diameter på 4,2 mm blir lufttørket og kappet i brenselelementlengder (12 mm). De har den tverrsnittskonfigurasjon som er gjengitt i fig. 10. De ikke-brennende grafittsegmenter har en høyde på 0,63 mm og stikker frem 0,2 mm over overflaten av den brennbare stav. Den fremstikkende del av de ikke-brennende seksjoner har form av en bue av en rett sylinder med en radius på 0,8 mm. Basis av de ikke-brennende deler er 1,0 mm bred. De avbildede spor har en bredde på 0,41 mm og ender i en radius på 0,2 0 mm. Alle sporene slutter i et punkt ca. 0,94 mm fra den vertikale akse av elementet som vist, og sporene har en avstand på 1,04 mm fra hverandre, senterlinje til senterlinje.

Eksempel 5

Brenneegenskaper

Brenselelementets brenneegenskaper bestemmes ved anvendelse av det modifiserte Phoenix Precision Instruments Model JM-6500-aerosolspektrometer, tilgjengelig fra Virtis Comp., Gardiner New York.

Det modifiserte JM-6500-instrument gir målinger av totalt karbondioksyd, totalt karbonmonoksyd, og totale kalorier som genereres under brenningen av brenselelementene. Instrumentet gir også en drag-for-drag-analyse av disse data.

For hvert eksempel blir fem brenselelementer forsynt med kappe og røkt ved anvendelse av det modifiserte JM-6500-instrument med 20 drag under 50/30 røykebetingelser. Disse betingelser består av et

50 ml dragvolum av 2 sekunders varighet adskilt med en ulmetid på 28 sek. Tenningen av brenselelementene var ved anvendelse av en standard lighterflamme til forsiden av brenselelementene med 5 sekunders varighet før det første drag ble trukket under 50/30 røykebetingelser.

De oppnådde reultater for referansebrenselelementet i eks. 1 er som følger:

De oppnådde resultater for de ko-ekstruderte brenselelementer i eks. 2 er som følger:

De oppnådde resultater for bånd-trekke-brenselelementene i eks. 3 er som følger:

De oppnådde resultater for de ko-ekstruderte brenselelementer i eks. 4 er som følger:

Eksempel 6

Sigarett

Brenselelement

Det anvendes et brenselelement fremstilt som i eks. 2, 3 eller 4. Lengden av brenselelementet er 12 mm, og diameteren er 4,5 mm i eks. 2 og 3, og 4,2 mm i eks. 4.

Isolasj onskappe

Et 12 mm langt plastrør med diameter på 4,5 mm blir omviklet med et isolerende kappemateriale som også er 12 mm i lengde. I disse sigarettutførelser er den isolerende kappe sammensatt av to sjikt av Owens-Corning C-glassmatte, hvert ca. 1 mm tykt før komprimering med en kappeformemaskin (f.eks. som beskrevet i US-patent 4.807.809), og etter formingen er hvert ca. 0,6 mm tykt. Plassert mellom de to sjikt av C-glass er et ark av rekonstituert tobakkspapir, Kimberly-Clark's P-2831-189-AA. Et sigarettpapir, betegnet P-3122-153 fra Kimberly-Clark, omvikler det ytre sjikt. Det rekonstituerte tobakkspapirark er et papir-lignende ark laget av tobakk, og som dessuten inneholder en blandet tobakksekstrakt. Bredden av de rekonstituerte tobakksark før formingen er 19 mm for det indre ark og 2 6,5 mm for det ytre ark. Den endelige diameter av plastrøret med kappe er ca. 7,5 mm.

Substrat

Det dannes en substratstav ca. 7,5 mm i diameter fra en høyt preget, 36 g/m , 152 mm bred papirvev inneholdende 25% kalsiumsulfat tilgjengelig fra Kimberly-Clark som P3284-19, f.eks. på et modifisert KDF-2-stavformeapparat. Substratstaven blir omviklet med Simpson papir RJR-002 som er belagt på begge sider med Hercon 70. Den omviklede stav kappes i 10 mm segmenter som veier ca. 55 mg.

Tobakkspapirpluqg

En tobakkspapirstav ca. 7,5 mm i diameter blir dannet av en midlere preget 127 mm bred vev av tobakkspapir betegnet P-144-GNA-CB tilgjengelig fra Kimberly-Clark, f.eks. ved anvendelse av et stavformeapparat slik som beskrevet i US-patent 4.807.809. Staven blir omviklet med et 26,5 mm bredt papir P1487-184-2 fra Kimberly Clark og kappet i 10 mm lengder.

Frontendeomvikling

Et frontende-omviklingspapir blir dannet ved laminering av flere papirer omfattende: et ytre sjikt av Ecusta 4 56-papir, et mellomliggende sjikt av en 5 jum folie og et indre sjikt av vevs-papir, 5,7 kg/ris, 2 0,4 g/m 2. De laminerte sjikt holdes sammen med et kommersielt klebemiddel, Airflex 465, ved anvendelse av 0,7 kg/ris.

Aerosolrør

Et papir-aerosolrør ca. 7,5 mm i diameter lages av en vev av 112 g/m 2 basisvekt Simpson RJR-002-papir, ca. 27 mm bredt, med en tykkelse på ca. 0,30 mm. RJR-002-papiret blir formet til et rør ved overlappskjøting av papiret ved anvendelse av et vannbasert etylenvinylacetat-klebemiddel. Den indre og den ytre overflate av papir-røret er belagt med Hercon-7 0. Papiret kappes i segmenter 31 mm lange.

Munnenderør

Et papir-munnenderør ca. 2 0,5 mm i diameter blir dannet

av Simpson-papir, type 002-A, overlappskjøtt ved anvendelse av et varmsmelte-klebemiddel nr. 448-195K, tilgjengelig fra R.J. Reynolds Tobacco Comp. Det formede rør kappes i 4 0 mm lange segmenter.

Filterplugq

Det dannes en polypropylen-filterstav ca. 7,5 mm i diameter, fra en PP-100-matte, ca. 260 mm bred, tilgjengelig fra Kimberly-Clark og omviklet med en 26,5 mm bred vev av papir P1487-184-2, tilgjengelig fra Kimberly-Clark, f.eks. ved anvendelse av apparatet beskrevet i US-patent 4.807.809. Den omviklede stav kappes i 20 mm lange segmenter.

Tobakksrull

Et rekonstituert oppkappet tobakksfyllstoff, fremstilt som beskrevet i US-patent 5.159.942, blir formet til en stav ca. 7,5 mm i diameter og omviklet med papir, f.eks. ved anvendelse av apparatet beskrevet i US-patent 4.807.809. Den omviklede tobakksrull kappes i 2 0 mm lengder.

Sammenstilling av sigarett

A. Sammenstilling av frontendestykke

Et 10 mm langt substratstykke blir innført i den ene ende av det 31 mm lange aerosolrør og plassert ca. 5 mm fra enden, slik at det dannes et tomrom på ca. 5 mm. Ca. 150 mg av en blanding omfattende glycerol, tobakksekstrakt og andre smaksstoffer blir påført på substratet. En 10 mm lang tobakkspapirplugg blir innsatt i den andre ende av aerosolrøret inntil munnenden av tobakkspapirpluggen flukter med munnenden av aerosolrøret.

Et 12 mm langt isolerende kappestykke blir innrettet med frontenden av aerosolrøret slik at det isolerende kappestykke blir liggende nær opptil tomrommet i aerosolrøret. Det isolerende kappestykke og aerosolrøret blir omviklet med et stykke av frontende-omviklingspapir, ca. 26,5 mm x 37 mm. Vevspapirsiden av omviklingspapiret (ovenfor) plasseres mot aerosolrøret, og et søm-klebemiddel (2128-69-1) tilgjengelig fra H.B. Fuller Co., Mineapolis, MN, anvendes til forsegling av overlappskjøten. Den 37 mm lange omvikling blir innrettet i lengderetningen slik at omviklingspapiret strekker seg fra den frie ende av aerosolrøret til ca. 6 mm over den isolerende kappe, slik at ca. 6 mm av den isolerende kappe blir eksponert.

Plastrøret i det isolerende kappestykke blir fjernet, og et 12 mm langt brenselelement blir innsatt slik at enden av brenselelementet flukter med enden av isolasjonskappen.

B. Sammenstilling av munnendestykke

En 2 0 mm filterplugg blir innsatt i én ende av munnenderøret, og en 2 0 mm tobakksrull innsettes i den andre ende av munnende-røret slik at pluggen og rullen flukter med endene av munnende-røret.

Munnstykke-sammenstillingen og frontendestykke-sammenstillingen blir innrettet slik at tobakksrullen butter imot tobakkspapirpluggen og blir festet sammen med et stykke tape slik at det dannes en sigarett.

Sigaretten røkes og gir synlig aerosol og tobakksmak (d.v.s. forflyktigede tobakkskomponenter) i alle drag for ca. 10-12 drag. Brenselelementet brenner ca. 6 mm bakover, d.v.s. til ca. det område hvor det folie-forede rør omvikler brenselelementet, og der slukker sigaretten seg selv.

Eksempel 7

Fremstilling av komponenter

Brenselstav med kappe

Det fremstilles en brenselstav med kappe, ca. 7,5 mm i diameter, innbefattet et brenselelement fremstilt ifølge hvilket som helst av eks. 2, 3 eller 4, og et isolasjonsmateriale ved direkte ekstrudering av den karbonholdige brenselstav inn i et flersjiktbånd av glassfiber/tobakkspapir. Brenselstaven med kappe kuttes i lengder på ca. 7 2 mm.

Kappemateriale

Kappematerialet er sammensatt av to sj ikt av Owens-Corning C-glassmatte, hvert ca. 1 mm tykt før komprimering med en kappeformemaskin (f.eks. som beskrevet i US-patent 4.807.809), og slik at hvert etter formingen er ca. 0,6 mm tykt. Plassert mellom disse to sjikt av C-glass er ett eller to ark av rekonstituert tobakkspapir, Kimberly-Clark's P-3510-96-2. Et sigarettpapir, betegnet P-3122-153 fra Kimberly-Clark, omvikler det ytre sjikt. Det rekonstituerte tobakkspapirark er et papir-lignende ark inneholdende en blandet tobakksekstrakt. Bredden av de rekonstituerte tobakksark før formingen er ca. 17 mm, mens bredden av det ytre sigarettpapirark er ca. 25,5 mm. Det søm-klebemiddel som anvendes for den ytre omvikling kan være et kaldsøm-klebemiddel CS 1242, tilgjengelig fra RJR Packaging, R.J. Reynolds, Winston-Salem, N.C.

Substratrør

Det dannes en kontinuerlig substratstav, ca. 7,5 mm i diameter, av en bred, høyt preget, 3 6 g/m 2, ca. 18 cm bred papirvev inneholdende 25% kalsiumsulfat tilgjengelig fra Kimberly Clark (KC) som P-3284-19, f.eks. på et modifisert KDF-2-stavformeapparat. Substratstaven blir omviklet med et papir/folie-laminat med en bredde på ca. 24,5 mm, hvor folien er en kontinuerlig støpt 0,0005 aluminiumfolie, og papiret er et Simpson Paper Co.

("Simpson") RJR 002A-papir. Laminerings-klebemidlet er et silikat-klebemiddel, nr. 06-50-05-0051, tilgjengelig fra RJR Packaging. Et senterlinje-klebemiddel, kald-klebemiddel CS 1242M, tilgjengelig fra RJR Packaging, blir sprøytepåført på laminatet for å holde substratet på plass inne i omviklingen. Sømmen forsegles med varmsmelte-klebemidlet 444-227 fra RJR Packaging.

Den omviklede stav kappes i 60 mm segmenter. Ca. 9 00 mg av et aerosol-dannende materiale omfattende glycerol, propylenglykol og smaksmidler, såsom tobakksekstrakt, blir påført på veven under dannelse av den kontinuerlige substratstav. Substratsegmentet kappes i substratplugger ca. 10 mm lange og omvikles med et Simpson RJR 002A/0005 folielaminat beskrevet ovenfor med en bredde på ca. 25,5 mm. Pluggene plasseres med alternerende mellomrom på 10 og 12 mm langs røret. Pluggene festes til røret ved tilsvarende påføring av varmsmelte-klebemiddel nr. 448-37A, RJR Packaging. Sømmen forsegles med varmsmelte-klebemiddel 444-227 fra RJR Packaging.

Det kontinuerlige rør kappes i substrat-tomrom-rørseksjoner, ca. 4 2 mm lange, med et sentertomrom på ca. 12 mm, to substratplugger 10 mm brede, og tomrom i hver ende på ca. 5 mm bredde.

Tobakkseksi on

Et rekonstituert oppkappet tobakksfyllstoff fremstilt som beskrevet i US-patent 5.159.942 blir formet til en stav ca. 7,5 mm i diameter og omviklet med papir, f.eks. KC 646, 25,5 mm bredt, ved anvendelse av en Protos sigarettfremstillingsmaskin, ved anvendelse av et standard tipp-klebemiddel. Den omviklede tobakksrull kappes i 12 0 mm lange segmenter.

Det formes en tobakkspapirstav ca. 7,5 mm i diameter fra en midlere preget, 127 mm bred tobakkspapirvev betegnet P-144-GNA-CB tilgjengelig fra Kimberly Clark, f.eks. ved anvendelse av et stavformeapparat slik som beskrevet i US-patent 4.807.809. Staven blir omviklet med et KC-papir P1487-184-2, ca. 25 mm bredt, og kappet i 80 mm lange segmenter.

Tobakksrull- og tobakkspapirsegmentene kappes til henholdsvis 4 0 mm og 2 0 mm segmenter og innrettes i et alternerende arrange-ment og omvikles med en omvikling av KC-64 6-papir, 2 5,5 mm bredt, ved anvendelse av et senterlinje-varmesmelte-klebemiddel 448-37A, RJR Packaging, og et søm-klebemiddel, 448-195K varmesmelte, RJR Packaging. Den samlede tobakksrull/tobakkspapir-sammenstilling kappes til en 2-opp-tobakkseksjon 60 mm i lengde med et 4 0 mm tobakksrull-sentersegment og 10 mm tobakkspapirsegment på hver ende av tobakksrullsegmentet.

Filter

Det formes en polypropylenfilterstav, ca. 7,5 mm i diameter, fra en PP-100-matte, ca. 260 mm bred, tilgjengelig fra Kimberly Clark, og omvikles med en vev av papir P1487-184-2, med en bredde på 25,5 mm, tilgjengelig fra Kimberly Clark, f.eks. ved anvendelse av apparatet beskrevet i US-patent nr. 4.807.809, og varmesmelte 448-195K søm-klebemiddel. Den omviklede stav kappes i 80 mm lange segmenter.

Sigarettsammenstillinq

Brensel/ substratseksj on

En brenselstav med kappe kuttes til brenselelementer 12 mm lange. To brenselelementer plasseres på motsatte sider av en substrat-tomrom-rørseksjon og innrettes. Disse komponenter omvikles med en omvikling ca. 2 6,5 mm i bredde og ca. 54 mm lang, omfattende et papir/folie/papirlaminat, omfattende Ecusta 15456-papir/kontinuerlig støpt 0,0005 folie/Ecusta 29492-papir, som lamineres til folien ved anvendelse av Airflex Adhesive 465. Laminatet festes til sammenstillingen av brensel med kappe og substrat-tomrom-rør, med kald-klebemiddel MT-8014, RJR Packaging, påført på hele den indre overflate av laminatet. Omviklingen vikles omkring substratrøret og strekker seg inntil ca. 6 mm fra den frie ende av hvert brenselelement slik at det dannes en 2-oppbrensel/substratseksj on.

Tobakksbrenselenhet

En 2-opp brensel/substratseksjon blir kappet på midtpunktet og plassert på motsatte sider av en 2-opp tobakkseksjon og innrettet slik at den tomme ende av hver brensel/substratseksjon er nær opp til og butter imot tobakkspapirpluggene i hver ende av 2-opp-tobakkseksjonen. De sammenstilte komponenter blir omviklet med Ecusta E30336-papir, ca. 70 mm langt og ca. 26 mm bredt. Omviklingen blir festet til brensel/substrat-seksjonen og tobakk-seksjonsammenstillingen med MT-8009-klebemiddel (RJR Packaging) slik at det dannes en 2-opp tobakk/brensel-enhet, ca. 126 mm lang.

Sigarett

En 2-opp tobakk/brenselenhet blir kappet i midtpunktet og plassert på motsatte sider av en 2-opp-filterenhet og innrettet

slik at tobakksrullenden av en enkelt tobakk/-brensel-enhet er nær inntil og butter imot 2-opp-filteret. De sammenstilte komponenter blir omviklet med en tippe-omvikling, RJR-tipping kode nr.1000011, ca. 50 mm lang og ca. 2 6 mm bred og som strekker seg ca. 5 mm over hver av skjøtene mellom 2-opp-filteret og hver tobakk/brenselenhet. Omviklingen blir festet over hele sitt område til de sammenstilte komponenter med et klebemiddel MT-8009 (RJR Packaging) 100% dekning, slik at det dannes en 2-opp-sigarett. 2-opp-sigaretten kappes i ca. sitt midtpunkt (d.v.s. midtpunktet av 2-opp-filteret) slik at det dannes enkeltsigaretter.

Claims

1. Kompositt-brenselelement (10) for røykeartikler, omfattende minst to koekstruderte materialer, (7, 9), karakterisert ved at materialene berører hverandre gjennom hele lengden av kompositt-brenselelementet (10), og hvor materialene inkluderer et karbonholdig materiale (9) som brenner, og et materiale (7) som ikke brenner signifikant sammenlignet med det brennende materiale, beliggende i alt vesentlig innen omkretsen av det karbonholdige materiale, men som kan strekke seg forbi omkretsen av det brennbare materiale, og hvor brenselelementet på i og for seg kjent måte har en lengde på mindre enn 2 0 mm før brenningen.

2. Kompositt-brenselelement ifølge krav 1, karakterisert ved at det ikke-brennende materiale omfatter et varmeveksler-materiale.

3. Kompositt-brenselelement ifølge krav 2, karakterisert ved at varmevekslermaterialet omfatter et ikke-brennende karbon.

4. Kompositt-brenselelement ifølge krav 2, karakterisert ved at varmevekslermaterialet omfatter en grafittfolie.

5. Kompositt-brenselement ifølge krav 2, karakterisert ved at varmevekslermaterialet omfatter et metallbånd eller en metallfolie.

6. Kompositt-brenselelement ifølge krav 1, karakterisert ved at det ikke-brennende materiale omfatter et stort antall segmenter av ikke-brennende materiale.

7. Karbonholdig brenselelement ifølge krav 1, 2, 6 eller 3, karakterisert ved at det ikke-brennende materiale omfatter ett eller flere bindemidler.

8. Sigarett, karakterisert ved at den er utstyrt med et karbonholdig brenselelement (10) ifølge krav 1.

9. Sigarett ifølge krav 8, karakterisert ved at det ikke-brennende materiale i brenselelementet (10) omfatter et varmevekslermateriale.

10. Sigarett ifølge krav 9, karakterisert ved at varmevekslermaterialet omfatter et ikke-brennende karbon.

11. Sigarett ifølge krav 9, karakterisert ved at varmevekslermaterialet omfatter et grafittbånd eller en grafitt-folie.

12. Sigarett ifølge krav 9, karakterisert ved at varmevekslermaterialet omfatter et metallbånd eller en metall-folie.